(57)【要約】  本記載は、実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントをベースとする組成物、および５μｍより小さい平均粒径を有する無機充てん剤から誘導される面内等方性製品；およびこれらの面内等方性製品の製造方法に関する。この方法は、実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントを提供することと；５μｍより小さい平均粒径を含む無機充てん剤を提供することと；セルロース系フィラメントおよび充てん剤を混合して、スラリーを製造することと；スラリーを予備成形ジグに移して、ジグ中でマットを製造することと；マットをホットプレス圧縮成形して、面内等方性製品を製造することとを含む。無機充てん剤を含むセルロース系フィラメント組成物であって、無機充てん剤はホットプレス最終脱水を促進し、全てセルロース系フィラメントの充てん剤を用いない組成物に対して、成形された面内等方性製品の表面品質および寸法安定性を改善し、その引張、曲げおよび衝撃特性において顕著な増加があった。【選択図】なし
2019529178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントを提供することと；
５μｍ以下の平均粒径を含む無機充てん剤を提供することと；
前記セルロース系フィラメントおよび前記充てん剤を混合して、懸濁液を製造することと；
前記懸濁液を予備成形ジグに移して、前記ジグ中でマットを製造することと；
前記マットを圧縮成形して、面内等方性製品を製造することと
を含む、面内等方性製品の製造方法。
【請求項２】
前記マットがさらに押圧されて、プレフォームが製造され、かつ前記プレフォームが圧縮成形されて、前記面内等方性製品が製造される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記懸濁液が５〜１０重量％固形分である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記プレフォームが３０〜５５重量％固形分の濃度である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記無機充てん剤が、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ６Ｚｎ３またはその組合せからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記充てん剤の平均粒径が３μｍより小さい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記充てん剤の平均粒径が１〜３μｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記懸濁液脱水が、周囲温度および２５０ｐｓｉにおける、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記面内等方性製品が、水の沸点より高く、かつ前記セルロース系フィラメントの熱分解温度より低い温度で圧縮成形される、請求項１および２に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧縮成形の温度が１５０℃である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記面内等方性製品が、無機充てん剤を含まない面内等方性製品の時間より有意により短い減少した時間内でホットプレス圧縮形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記充てん剤が、前記セルロースフィラメントの１０〜３０重量％である、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
前記充てん剤が、前記セルロースフィラメントの２０重量％である、請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントと、
５μｍ以下の平均粒径を含む無機充てん剤と
を含む面内等方性製品。
【請求項１５】
前記無機充てん剤が、例えば、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ６Ｚｎ３またはその組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の製品。
【請求項１６】
前記充てん剤の平均粒径が３μｍより小さい、請求項１４に記載の製品。
【請求項１７】
前記充てん剤の平均粒径が１〜３μｍである、請求項１４に記載の製品。
【請求項１８】
２０重量％の充てん剤を含む前記製品が、１．５ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項１９】
２０重量％の充てん剤を含む前記製品が、５０ＭＰａより高い引張強度を有する、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２０】
２０重量％の充てん剤を含む前記製品が、８０ＭＰａより高く、かつ充てん剤を含まない製品の曲げ強度より優れた曲げ強度を有する、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２１】
２０重量％の充てん剤を含む製品が、８ｋＪ／ｍ２より高く、かつ充てん剤を含まない製品の衝撃強度より優れた衝撃強度を有する、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
ｉ）分野
本明細書は、バインダレスである（すなわち、実質的に結合剤を用いない）セルロース系フィラメントをベースとする組成物から誘導される面内等方性製品；および圧縮成形によるこれらの製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｉｉ）先行技術の記述
Ｈｕａら（米国特許出願公開第２０１１０２７７９４７Ａ１号明細書；米国特許出願公開第２０１３００１７３９４Ａ１号明細書）によって記載されるように、セルロースフィラメントへと繊維を剥離するために、木材パルプ繊維が適切に精製される場合、結果として得られるフィラメントは内腔を有さず、かつそれらの長さの多くを維持しながら、親繊維よりかなり薄い。これらのセルロースフィラメントのユニークな形態は、それらの撓性を増加させ、そしてそれらの絡み合いを促進する。さらに、これらのフィラメントは、所与の重量あたり、より多くのヒドロキシル基を示す親繊維と比較した場合、より高い表面積を有する。表面ヒドロキシル基のより高い量は、次に、水素結合密度の増加を導く。これらのセルロースフィラメントの水性懸濁液が高温下の圧縮成形プロセスにおいて使用される場合、脱水および乾燥時間は数時間程度であった。さらに、結果として得られる製品は不均一であり、かつ寸法が不安定であった。
【０００３】
フィブリル化セルロースパルプ、ミクロフィブリル化セルロースおよびナノフィブリル化セルロースの製造は、従来のパルプに機械的または化学的エネルギーのいずれかを適用することによって実行される。機械的または化学的エネルギーは、次に、初期パルプ繊維よりもはるかに狭いセルロースのフィブリルを解放し、初期材料におけるよりもはるかに多くの水素結合部位への接近を提供する。押圧することなく固体製品を製造するためのこれらの水素結合の有利な使用が報告されている（米国特許第６３７９５９４Ｂ１号明細書および国際公開第２０１１／１３８６０４Ａ１号パンフレット）。
【０００４】
早くも１９９７年、Ｄｏｅｐｆｎｅｒら（カナダ国特許第２，２３７，９４２号明細書）は、接着または充てん剤材料を添加しない、あるいは外圧を使用しない、水性セルロースミクロ繊維パルプからの材料片の形成および成形を記載した。セルロース系材料は、麻またはセルロースの他の供給源から製造された。スタンピング成形型での圧力を用いない、このミクロ繊維材料の製造およびバインダレス材料片の形成についても、Ｄｏｅｐｆｎｅｒらによって第２の特許（米国特許第６３７９５９４Ｂ１号明細書）に記載された。
【０００５】
２０１１年、ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇ（国際公開第２０１１／１３８６０４Ａ１号パンフレット、米国特許出願公開第２０１３０１０１７６３号明細書）は、ミクロ繊維が、通常の繊維パルプ、プラスチックまたは充てん剤を保持することが可能である自己接着剤またはミクロ繊維マトリックスとして作用する、繊維および繊維パルプを使用する種々の製品の特許を取得した。米国特許出願公開第２０１３０１０１７６３Ａ１号明細書は、ミクロ繊維パルプの製造を記載し、そしてマクロ−、ミクロ−およびナノ繊維パルプなどの他のフィブリル化セルロース繊維を使用することも可能である。ミクロ繊維の自己接着特性は、典型的に複合材料のために必要とされる相溶化剤およびポリマーマトリックスが、セルロース系バインダレス片の製造において必要とされないことを意味するものと考えられる。
【０００６】
ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇによって製造された最終製品は、それらの最終密度によって、高密度または中間密度製品として記載された。製品は、木材、草、わらまたはアシから製造された１〜２０％の従来のセルロース系繊維が添加された、１〜８０％のミクロ繊維から構成された。これらの繊維自己結合系から製造された最終製品の範囲には、建設工業における構造的または仕上げ目的のために使用される仕上げボードまたはパネルが含まれた。１〜２５ｍｍの変動するパネル厚で、１〜１．５ｇ／ｃｍ３の高密度製品および０．５〜０．９ｇ／ｃｍ３の中間密度製品を製造することができた。ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇ（米国特許出願公開第２０１３０１０１７６３Ａ１号明細書）は、炭酸カルシウム、タルクまたは粘土などの最高３５％の無機充てん剤の添加によって、１．５ｇ／ｃｍ３より高くまで最終製品密度を増加させることができたことを主張した。鉱物または合成着色剤、硫酸アルミニウム媒染剤または蛍光増白剤の添加によって、製品を着色または漂白することができた。高発熱量の低炎火フレアを有するより大きい３Ｄ加熱ブリケットの製造が記載された。ブリケットから放出して得られる炎光を着色する金属塩も添加することができた。他の場合、ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇ（米国特許出願公開第２０１３０１０１７６３Ａ１号明細書）によって記載されるように、マトリックスとして機能する繊維バインダレス系は、１〜４９％のオイルまたはバイオベースプラスチック粒子、例えば、ポリプロピレンを保持することができた。
【０００７】
ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇ（国際公開第２０１１／１３８６０４Ａ１号パンフレット）は、使用されたパルプ繊維の種類および割合、材料片の成形、および乾燥前の外部圧力の使用による水の除去を記載するが、材料片成形プロセスの詳細な方法は記載されなかった。さらに、ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇ（国際公開第２０１１／１３８６０４Ａ１号パンフレット）の実施形態において、ミクロ繊維および従来のセルロース系繊維の組合せが常に記載されたが、これはおそらく、最終乾燥の前および間の脱水を促進するためであった。ＤｅａｎおよびＨｕｒｄｉｎｇ（国際公開第２０１１／１３８６０４Ａ１号パンフレット）によって詳述されるように、最終材料片製品のミクロ繊維含有量は、８０重量％を超過しなかった。
【０００８】
ＬｅｅおよびＨｕｎｔ（米国特許出願公開第２０１３０１９９７４３Ａ１号明細書）は、比較的低品質の繊維、木材粒子、例えば、おがくず、およびリグニンなどの他の天然木材成分を使用することによって、バインダレスセルロース系繊維をベースとするパネルおよびボードを製造するための湿潤形成および圧縮成形プロセスを記載している。減圧および圧縮成形を通しての脱水は、パルプ繊維より大きい寸法の木材粒子の添加を通して促進された。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
概要
一態様によると、実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントを提供することと；５μｍ以下の平均粒径を含む無機充てん剤を提供することと；セルロース系フィラメントおよび充てん剤を混合して、懸濁液を製造することと；懸濁液を予備成形ジグに移して、ジグ中でマットを製造することと；マットを圧縮成形して、面内等方性製品を製造することとを含む、面内等方性製品をホットプレス圧縮成形する方法が提供される。
【００１０】
別の態様によると、マットがさらに押圧されて、プレフォームが製造され、かつプレフォームが圧縮成形されて、面内等方性製品が製造される、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１１】
別の態様によると、懸濁液が５〜１０重量％固形分である、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１２】
別の態様によると、プレフォームが３０〜５５重量％固形分の濃度である、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１３】
別の態様によると、無機充てん剤が、例えば、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ６Ｚｎ３またはその組合せからなる群から選択される、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１４】
別の態様によると、充てん剤の平均粒径が３μｍより小さい、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１５】
別の態様によると、充てん剤の平均粒径が１〜３μｍである、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１６】
別の態様によると、圧縮成形が、プレフォームを調製するために、周囲温度および２５０ｐｓｉにおける、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１７】
別の態様によると、最高１５０℃の逐次的温度増加および最高１０００ｐｓｉの逐次的圧力増加によって圧縮成形が実行される、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１８】
別の態様によると、充てん剤が、セルロースフィラメントの１０〜２０重量％である、本明細書に記載の方法が提供される。
【００１９】
別の態様によると、実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントと；５μｍ以下の平均粒径を含む充てん剤とを含む面内等方性製品が提供される。
【００２０】
別の態様によると、充てん剤が、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ６Ｚｎ３またはその組合せなどである、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２１】
別の態様によると、無機充てん剤の平均粒径が３μｍより小さい、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２２】
別の態様によると、無機充てん剤の平均粒径が１〜３μｍである、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２３】
別の態様によると、２０重量％の無機充てん剤を含む製品が、１．２５〜１．５６ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２４】
別の態様によると、２０重量％の充てん剤を含む製品が、充てん剤を含まない製品の引張強度より優れており、かつ５０ＭＰａより高い引張強度を有する、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２５】
別の態様によると、２０重量％の充てん剤を含む製品が、充てん剤を含まない製品の曲げ強度より優れており、かつ８０ＭＰａより高い曲げ強度を有する、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２６】
別の態様によると、２０重量％の充てん剤を含む製品が、充てん剤を含まない製品の衝撃強度より優れており、かつ８ｋＪ／ｍ２より高い衝撃強度を有する、本明細書に記載の製品が提供される。
【００２７】
本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのコンパウンドは、好ましい実施形態において、ホットプレス圧縮成形によって、促進脱水圧縮成形に関し、かつそれに適切である。最終製品は、強化された表面均一性、寸法安定性および機械的特性を有しながら、面内等方性およびバインダレスである。また、フラットパネルなどの２つの寸法、または溝付きパネルなどの単純な３つの寸法を有する面内等方性バインダレス製品を製造するための純粋なセルロースフィラメントまたはセルロースフィラメントをベースとする組成物の水性懸濁液の圧縮成形法も本明細書に記載される。
【００２８】
水性懸濁液中に無機充てん剤と一緒に均質に分散された純粋なセルロースフィラメントまたはセルロースフィブリルからバインダレスおよび面内等方性製品を製造するための本明細書に記載の方法は、懸濁液を均一に予備成形する第１のステップと、それに次いで、高温下で乾燥するまで圧縮成形することを含む。様々な幾何構造、径および表面仕上げを製造することができる。本記載は、寸法安定製品の圧縮成形のために必要とされるパラメーターおよび金型デザインをさらに例示する。
【００２９】
本明細書に記載のセルロースフィラメントまたはフィブリル懸濁液および製品の脱水および乾燥を促進する方法は、予備成形段階の前に懸濁液に無機充てん剤を添加することに関連する。使用された無機充てん剤の選択によって、追加的な機能性も最終製品に付与され得る。他の実施形態において、最終バインダレス製品密度を低下させるために、無機中空ミクロスフェアなどのより低密度の充てん剤の添加が選択されてもよい。さらに、さらなる軽量バインダレス製品のために、膨張可能なポリマービーズも添加されてよい。
【００３０】
本明細書に記載される製品は、１）使用されるセルロース系材料組成物は、従来のセルロース系繊維または木材粒子のいずれの添加も行わずに、Ｈｕａら（米国特許出願公開第２０１３００１７３９４Ａ１号明細書）によって記載されるように製造される純粋なセルロースフィラメントであること；２）高温圧縮成形プロセスがセルロースフィラメントの脱水および固結を促進すると記載されること；ならびに３）脱水速度を促進するために無機充てん剤が添加されることに関してユニークである。
【００３１】
本明細書に記載される方法の前に、セルロースフィラメントベースの製品の製造のためのホットプレス圧縮成形法は報告されていなかった。そのような製品の製造方法が本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
図面の簡単な記述
【図１】図１ａは、カエデ木材、中間密度ファイバーボード（ＭＤＦ）、パーティクルボード（ＰＢ）パネルおよび高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）プラスチックと比較される、本バインダレス空気乾燥セルロースフィラメント（ＣＦ）材料の一実施形態の水分吸収（重量％）の棒グラフである。
【００３３】
図１ｂは、垂直燃焼試験後に試験されたバインダレス空気乾燥セルロースフィラメント（ＣＦ）材料、カエデ木材；中間密度ファイバーボード（ＭＤＦ）；パーティクルボード（ＰＢ）パネルおよび高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）プラスチックの写真であり、ＣＦ試料は、試験された他の材料と比較して、良好な耐火性およびわずかな炭化を示す。
【００３４】
図１ｃは、カエデ木材、中間密度ファイバーボード（ＭＤＦ）、パーティクルボード（ＰＢ）パネルおよび高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）プラスチックと比較される、本バインダレス空気乾燥セルロースフィラメント（ＣＦ）材料の一実施形態の硬度（Ｎ）の棒グラフである。
【００３５】
図１ｄは、カエデ木材、中間密度ファイバーボード（ＭＤＦ）、パーティクルボード（ＰＢ）パネルおよび高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）プラスチックと比較される、本バインダレス空気乾燥セルロースフィラメント（ＣＦ）材料の一実施形態の衝撃値（ｆｔ＊ｌｂｓ）の棒グラフである。
【００３６】
【図２】図２ａは、本明細書に記載の空気乾燥バインダレス製品の一実施形態の走査型電子顕微鏡写真。
【００３７】
図２ｂは、本明細書に記載の製粉された空気乾燥バインダレス製品の一実施形態の走査型電子顕微鏡写真。
【００３８】
図２ｃは、本明細書に記載の圧縮成形されたバインダレス製品の一実施形態の走査型電子顕微鏡写真。製品は、１０乾燥重量％の初期水懸濁液濃度から２４７ｐｓｉの圧力で製造される。
【００３９】
【図３】図３は、本明細書に記載のバインダレスセルロースフィラメントベースの製品の種々の実施形態に到着するためのフローダイアグラムの種々のプロセス選択肢を例示する。一実施形態において、ＣＦ水および添加剤の懸濁液は予備成形ジグに移されて、次いで、熱圧縮成形の前にプレフォームへと製造されるか、または直接、熱圧縮成形されるか、もしくは空気乾燥される。
【００４０】
【図４】図４ａは、２０重量％の水／固形分の水懸濁液濃度から製造された、バインダレスセルロースフィラメントパネルの一実施形態のバフ研磨されていない試料の側面の写真である。
【００４１】
図４ｂは、２０重量％の水／固形分の水懸濁液濃度から製造された、バインダレスセルロースフィラメントパネルの一実施形態のバフ研磨された試料の正面の写真である。
【００４２】
図４ｃは、３０重量％の水／固形分の水懸濁液濃度から製造された、バインダレスセルロースフィラメントパネルの一実施形態のバフ研磨されていない試料の側面の写真である。
【００４３】
図４ｄは、３０重量％の水／固形分の水懸濁液濃度から製造された、バインダレスセルロースフィラメントパネルの一実施形態のバフ研磨された試料の正面の写真である。
【００４４】
【図５】図５は、表示する時間間隔でホットプレス圧縮によって成形された本明細書に記載のバインダレスセルロースフィラメントベースのパネルの種々の実施形態の引張強度（ＭＰａ）の棒グラフである（１００％ＣＦ−１２０分、２０重量％ＣａＣＯ３  ２５μｍ−２５分、２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍ−４５分および２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍ−９０分）。
【００４５】
【図６−１】図６ａは、本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのパネルの２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍおよび２５重量％Ｍｇ（ＯＨ）２  １．８μｍ実施形態と一緒の圧縮成形された１００％ＣＦの密度（ｇ／ｃｍ３）の棒グラフである。
【００４６】
図６ｂは、本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのパネルの２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍおよび２５重量％Ｍｇ（ＯＨ）２  １．８μｍ実施形態と一緒の圧縮成形された１００％ＣＦの引張強度（ＭＰａ）の棒グラフである。
【００４７】
図６ｃは、本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのパネルの２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍおよび２５重量％Ｍｇ（ＯＨ）２  １．８μｍ実施形態と一緒の圧縮成形された１００％ＣＦの曲げ強度（ＭＰａ）の棒グラフである。
【００４８】
図６ｄは、本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのパネルの２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍおよび２５重量％Ｍｇ（ＯＨ）２  １．８μｍ実施形態と一緒の圧縮成形された１００％ＣＦの圧縮強度（ＭＰａ）の棒グラフである。
【００４９】
【図６−２】図６ｅは、本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのパネルの２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍおよび２５重量％Ｍｇ（ＯＨ）２  １．８μｍ実施形態と一緒の圧縮成形された１００％ＣＦの衝撃強度（ｋＪ／ｍ２）の棒グラフである。
【００５０】
図６ｆは、本明細書に記載のセルロースフィラメントベースのパネルの２０重量％ＣａＣＯ３  ２．８μｍおよび２５重量％Ｍｇ（ＯＨ）２  １．８μｍ実施形態と一緒の圧縮成形された１００％ＣＦの２４時間後の水分吸収（重量％）の棒グラフである。
【００５１】
【図７】図７ａは、周囲温度圧縮および２５０ｐｓｉにおいて本明細書に記載の一実施形態によるフラットプレフォームへとセルロースフィラメント懸濁液を脱水するために使用される減圧補助ジグの減圧下の下面図、横断面図および側面図の概略図である。ここで、プレフォーム濃度が約３０重量％〜５５重量％固形分で変動する。
【００５２】
図７ｂは、２５０ｐｓｉにおける周囲温度圧縮において本明細書に記載の一実施形態によるフラットプレフォームへとセルロースフィラメント懸濁液を脱水するために使用される４〜６面の脱水ジグの上面図、横断面図および側面図の概略図である。ここで、プレフォーム濃度が約３０重量％〜５５重量％固形分で変動する。
【００５３】
【図８】図８は、表１に示される本明細書に記載の実施形態による２．８μｍの２０％炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を含有するバインダレスセルロースフィラメントにおける種々の圧縮成形サイクルが引張強度（ＭＰａ）に及ぼす影響を例示する棒グラフである。
【００５４】
【図９】図９ａは、本明細書に記載の一実施形態による圧縮成形によって製造されたバインダレスセルロースフィラメントベースの波形パネルの写真である。
【００５５】
図９ｂは、本明細書に記載の一実施形態による圧縮成形によって製造されたバインダレスセルロースフィラメントベースの組立て波形サンドイッチパネルの写真である。
【００５６】
図９ｃは、本明細書に記載の一実施形態による圧縮成形によって製造されたバインダレスセルロースフィラメントベースの組立てハニカムサンドイッチパネルの写真である。
【００５７】
【図１０】図１０ａは、本明細書に記載の一実施形態によるセルロースフィラメントベースの製品の表面仕上げの写真である。
【００５８】
図１０ｂは、本明細書に記載の一実施形態によるセルロースフィラメントベースの製品のエンボス表面仕上げの写真である。
【００５９】
図１０ｃは、本明細書に記載の一実施形態によるファインワイヤーセルロースフィラメントベースの製品の表面仕上げの走査型電子顕微鏡写真である。
【００６０】
【図１１】図１１は、本明細書に記載のセルロースフィラメントの圧縮成形製品の面内等方性引張強度（ＭＰａ）を例示する棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
詳細な説明
定義
本明細書で使用および記載されるセルロースフィラメントは、Ｈｕａら（米国特許出願公開第２０１３００１７３９４Ａ１号明細書）のものであり、次の特性を有する：約３０〜１００ｎｍのそれらの薄い幅および約５０ｎｍの低い厚さおよび最高ミリメートルのそれらの高い長さ。これらの特徴は、それらの撓性、比表面積を増加させ、絡み合いを促進し、そして水素結合密度を強化する。
【００６２】
バインダレスとは、本明細書に記載のセルロースフィラメントを一緒に結合するとものとして理解されるだろういずれの結合剤も実質的に含まないものとして本明細書に定義される。結合剤は、限定されないが、のりおよびラテックスなどのいずれかのバイオベースのもの；ならびにポリプロピレン、ナイロンおよびポリ乳酸（ＰＬＡ）などの熱可塑性物質、またはポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂として知られるオイルベースのポリマーマトリックス；尿素ホルムアルデヒド、ポリマージフェニルメタンジイソシアナート（ｐＭＤＩ）などのホルムアルデヒドベースの結合剤；あるいはポリエステル、ポリプロピレンおよびナイロンおよびポリプロピレンなどの合成繊維；あるいはポリ酢酸ビニルおよびポリビニルアルコールなどの接着剤を含むものとして理解される。
【００６３】
面内等方性とは、全ての面内方向／または軸において同一特性を有するものとして本明細書に定義される。セルロースフィラメントは、圧縮成形製品中でランダムに配向されており；これは、天然木材およびエンジニアリングウッド製品（すなわち、ベニヤ合板、クロス積層材木）とは異なる点であり、かつ異なる面内方向／軸において様々な特性を有する。
【００６４】
従来技術の参照（米国特許出願公開第２０１３／０１９９７４３Ａ１号明細書および米国特許出願公開第２０１３／００１７３９４Ａ１号明細書）におけるように、数週間における水性懸濁液の単純な周囲空気乾燥によって等方性固体ブロック材料を形成するセルロースフィラメントの性能は、リファイナーオペレーターによって指摘されており、かつ実験室で実証された。空気乾燥された等方性固体は、他のセルロース系材料に対して、優れた特性、すなわち、純粋なセルロースものと等しい１．５ｇ／ｃｍ３のその比重、その硬度およびその顕著な耐火性を有することが見出された。図１は、カエデ、中間密度ファイバーボード（ＭＤＦ）、パーティクルボード（ＰＢ）および高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）と比較される空気乾燥セルロースフィラメント材料のいくつかの特性を示す。図１ａは、周囲水中の２４時間含浸後に１０％より小さい非常に低レベルの水分吸収を示す。図１ｂは、空気乾燥１００％セルロースフィラメント試料が、垂直燃焼試験において火炎に暴露される時に、良好な耐火性を示し、黒変を示さないことを示す。図１ｃおよび１ｄは、空気乾燥セルロースフィラメント試料の硬度および耐衝撃性を例示しており、これらは、現在市場に出ているカエデ木材、エンジニアリングウッド複合体および石油ベースの製品のものに匹敵するか、またはさらにはそれらより優れている。さらに、材料取扱いは、これらの空気乾燥セルロースフィラメント製品が、機械加工、研磨、くぎおよびねじによる組立てが可能であることを示した。
【００６５】
本記載は、高温下での工業的に実行可能な圧縮成形プロセスにおいてセルロースフィラメントベースの製品を製造する方法および装置を例示する。このプロセスは、セルロースフィラメント製品の脱水、乾燥および固結を促進し、それが種々の温度および圧力サイクルの適用を可能にするという点で適応性がある。温度および圧力サイクルを変えることによって、圧縮成形プロセスは、製造業者に、成形された製品の機械的特性、寸法安定性および表面品質を制御する追加的方法を与える。図２は、圧縮成形セルロースフィラメントパネルと比較した場合の空気乾燥製品の走査型電子顕微鏡写真を示す。図２ａの顕微鏡写真は、空気乾燥製品の表面におけるセルロースフィラメントの固結を示す。図２ｂは、試料を切断するためにミリング機によって誘導された機械的作用後の空気乾燥製品の表面を示す。この時点で、個別のセルロースフィラメントは識別不可能であり、高レベルの自己固結または自己接着を例示する。この高い固結は、空気乾燥製品への水分吸収または火炎伝搬を防ぎ得る。このような固結相は、典型的な熱可塑性物質の単一連続相マトリックスで見られるものに類似の外観を有する。加えて、テーブル縁部に当たったパネルの音は、木片よりむしろ複合体対象物に類似の音を有する。空気乾燥製品とは異なり、圧縮成形パネルの図２ｃの顕微鏡写真は、個別に識別可能なセルロースフィラメントのランダム配向および構造内に分散された１〜５μｍ径の細孔の存在を示す。
【００６６】
図３のフローチャートは、セルロースフィラメントと無機充てん剤との水性コンパウンドから固体製品を調製するための３つの方法：１）ジグ内での予備形成された製品の周囲空気乾燥；２）ジグ外でのプレフォームのホットプレス圧縮成形；および３）ジグ中でのプレフォームのホットプレス圧縮成形を例示する。主に水性コンパウンディング、予備成形ジグを通しての第１の脱水、次いで、ホットプレス圧縮成形によるか、または周囲空気乾燥による最終乾燥である、これらの方法の全ての適切なステップは、下記により詳細に記載されるであろう。
【００６７】
コンパウンディング
本明細書に記載の配合物実施形態は、セルロースフィラメントおよび無機充てん剤の水性懸濁液をコンパウンディングすることによって調製される。この水性コンパウンディングは、最終製品に均一性および面内等方性の特性を与えるために必要とされる非常に重要なステップである。
【００６８】
Ｈｕａら（米国特許出願公開第２０１３００１７３９４Ａ１号明細書）によって記載されるように、本明細書に記載の実施形態は、３０％濃度のパイロット規模で製造された純粋なセルロースフィラメントパルプを使用して調製される。中間から高濃度の研究室パルパーを使用して、８００ｒｐｍにおいて１０分以内でのセルロースフィラメントの均一水性懸濁液を達成した。セルロースフィラメントと無機充てん剤との水性コンパウンドのために、乾燥重量に基づき１０％の濃度を使用した。１０％乾燥濃度は、水性懸濁液内での空気の閉じ込めを最小化しながらも、セルロースフィラメントの分散および絡み合いを最適化するのに適切であった。低コンパウンド濃度および無機充てん剤の添加は、両方とも、セルロースフィラメントベースの製品中での欠陥を制限すること、ならびにそれらの均一性を改善することに貢献する。
【００６９】
工業用コンパウンダー、ブレンダー、ミキサーまたはパルパーなどの他の混合手段を使用することができる。上記で説明された利点のために、コンパウンディング濃度を１０％以下に保持することが好ましい。一実施形態において、懸濁液濃度は５〜３０％固形分であり、好ましい実施形態において、懸濁液濃度は５〜１５％固形分であり、特に好ましい実施形態において、懸濁液濃度は５〜１０％固形分である。より低い濃度は懸濁液および製品均一性を改善するであろうが、脱水段階に必要とされる時間およびツールの寸法を最小化するために、過度の希釈は避けられるべきである。より特には、希釈のレベルは、コンパウンダーの体積、および懸濁液から望ましいプレフォームへの脱水のために必要とされるジグの高さに影響を与える。それにもかかわらず、希釈は、欠陥を最小化して、最終製品の測定された物理的機械的特性および寸法安定性の標準偏差を減少させるために不可欠である。図４は、２０％（４ａ、ｂ）および３０％（４ｃ、ｄ）濃度懸濁液に関する、室温状態調整後の圧縮成形パネルの側面図（４ａ、ｃ）およびバフ研磨処理後の同一パネルの上面図（４ｂ、ｄ）を示す。写真は、コンパウンディング間により高い濃度から製造された製品が、より多くの欠陥およびより大きい変形、カールまたは反りを有していたことを示す。
【００７０】
図４ｂおよびｄは、圧縮成形プロセスの高い圧力および温度が、２０〜３０％のセルロースフィラメントの高濃度コンパウンドの流れ抵抗に打ち勝つことができないことを示す。明らかに、セルロースフィラメントコンパウンドの絡み合いおよび凝集が、最終製品の材料密度を均衡に保つであろう型内の側方流動を可能にしない。ポリマーマトリックスとは異なり、セルロースフィラメントは、熱および圧力を受けた時、溶融および流動することができない。加えて、高いコンパウンド濃度において、予備成形ジグ中へのコンパウンドの移動は、プレフォームおよび／または最終製品における不均一性を導くため、より重要である。
【００７１】
無機充てん剤は、製紙、コーティング、ポリマー強化複合材料などを含む様々な産業で広く使用されている。従来の製紙技術において、Ｌａｌｅｇら（国際公開第２０１２／０４０８３０号パンフレット）およびＤｏｒｒｉｓら（米国特許出願公開第２０１６０１０２０１８号明細書）は、セルロースフィラメントが最高９２重量％の無機充てん剤をそれらのネットワーク中に維持して、高度に充てんされた紙およびボードを形成する能力を有することを示した。
【００７２】
無機充てん剤は、典型的に、費用を低くするため、剛性を増加させるため、そして時には、耐火性を増加させるために、複合材料で使用される（アルミニウム三水酸化物）。圧縮成形における無機充てん剤の新たな使用についても、本明細書に開示される。セルロースフィラメントの圧縮成形において、無機充てん剤の定義された量は、乾燥を促進し、そして最終製品の均一性を改善するために、水性懸濁液のコンパウンディングの間に添加される。さらに、無機充てん剤の添加は、圧縮形成された製品の寸法安定性および表面品質をユニークに改善する。
【００７３】
図５は、１５０℃の最大温度および２４７ｐｓｉにおいて９９％濃度まで乾燥された厚さ３ｍｍのセルロースフィラメントの圧縮成形パネルの乾燥時間および引張強度における充てん剤添加および平均粒径の影響を示す。２５μｍの平均粒径を有する２０％炭酸カルシウム充てん剤の添加によって、パネルの乾燥時間が７９％減少し、１２０分から２５分になったが、強度は２７％減少した。この２５μｍ平均粒径の炭酸カルシウム充てん剤を、２〜３μｍのより小さい平均粒径の充てん剤で置き換えられる場合、パネルはそれらの初期引張および曲げ強度を維持し、そしてより高い強度さえも得られ得る。そのような実施形態において、乾燥時間の減少は、１００％セルロースフィラメントパネルと比較して、より少なく、６２％程度であり、１２０分から２５分になった。無機充てん剤含有パネルの寸法安定性は、それらの白色度および表面特性と同様に改善された。パネルの白色度は、純粋なセルロースフィラメントパネルの２４％から、２．８μｍ径の２０％炭酸カルシウム充てん剤の添加によって６２％まで増加した。
【００７４】
ホットプレス圧縮成形間の乾燥の加速および成形されたセルロースフィラメントバインダレス製品の寸法安定性の改善に加えて、図５は、未充てんパネルに対して、２．８μｍの平均粒径を有する２０乾燥重量％炭酸カルシウムを含有するパネルのより高い引張強度を示す。この引張強度の増加は、圧縮成形によって製造された１００％セルロースフィラメントパネルの引張強度に対して、最高約１８％（９０分のホットプレス圧縮成形パネルの場合）を達成することができた。対照的に、２５μｍの平均粒径を有する炭酸カルシウムグレードでは、圧縮成形によって製造された１００％セルロースフィラメントパネルと比較して、約２７％の引張強度の減少があった。
【００７５】
図６は、圧縮成形によって製造されたバインダレスセルロースフィラメントパネルの種々の特性に及ぼす、２．８μｍの平均粒径を有する炭酸カルシウムの２０重量％の添加の影響、および１．８μｍの平均粒径を有する水酸化マグネシウムの２５重量％の添加の影響を要約する。１００％セルロースフィラメントパネルに対して、４〜８％の無機充てん剤含有パネルの密度の増加は有意ではない。パネル中での２０〜２５％無機充てん剤の添加にもかかわらず、引張および曲げ強度は４〜１１％増加した。Ｊ．Ｓｕｗａｎｐｒａｔｅｅｂ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ−Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ｐａｒｔ  Ａ  ３１，３５３−３５９，２０００．に記載の通り、熱可塑性物質において、１２〜１５％の体積フラクションに対応するこの装てんレベルは、引張降伏応力を２４〜３０％減少させたであろう。他の有意な変化には、炭酸カルシウム含有パネルに関して衝撃強度における３２％の増加が含まれるが、水酸化マグネシウム含有パネルに関して３４％の減少が含まれる。両充てん剤含有パネルの圧縮強度は８〜１３％減少した。充てん剤添加の欠点の１つは、２５％水酸化マグネシウム含有パネルにおいて、水分吸収における３５％の増加が顕著であったということである。これら全ての結果によって、明らかに、ホットプレス圧縮成形における脱水を促進する新規性に加えて、充てん剤の選択によってパネル特性を制御する機会がある。
【００７６】
炭酸カルシウムおよび水酸化マグネシウムに加えて、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウムおよびホウ酸亜鉛（テクニカルライト（ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｌｉｇｈｔ）、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  １４４７０）などの他の無機充てん剤も圧縮成形プロセスの間の乾燥時間を減少させると首尾よく試験された。充てん剤の平均粒径の変化に加えて、充てん剤粒子形状の変化も、圧縮成形によって製造されたセルロースフィラメント製品の乾燥速度および最終特性に影響を与えることができた。異なる充てん剤種類、形状および平均粒径の組合せによって、乾燥速度および製品特徴を変化させることができたが、圧縮形成された製品の乾燥および物理的機械的特性に相乗効果を与え得る。乾燥速度を改善するためのみならず、色、白色度、磁気、伝導率、耐火性、硬度、耐衝撃性、防弾性、遮音性、寸法安定性および表面特性、例えば、平滑度などの機能性を添加するために、他の種類の無機充てん剤も使用可能であることに留意されたい。他の実施形態において、最終バインダレス製品密度を低下させるために、無機中空ミクロスフェアなどのより密度が低い充てん剤の添加が選択されてもよい。膨張可能なポリマービーズも、さらに軽量のバインダレス製品のために添加されてもよい。
【００７７】
無機充てん剤はセルロースフィラメントほど親水性ではないため、圧縮成形間にホットプレスに暴露した時、それらは周囲のセルロースフィラメントより速く乾燥する傾向がある。この促進乾燥の潜在的な機構の１つは、セルロースフィラメントから最も接近した無機粒子などに向かって水分および蒸気を促進させるであろう、この乾燥差を伴い得る。したがって、無機充てん剤粒子は、ホットプレスおよび乾燥の間に水分および蒸気排出のための経路を作成することによって作用する。
【００７８】
予備成形、成形および乾燥
無機充てん剤とのセルロースフィラメントベースの懸濁液は、望ましいプレフォームを生じるために特別に設計されたジグ中で脱水される。図７ａ〜ｂは、減圧補助フラット脱水ジグ（ａ）および４〜６面フラット脱水ジグ（ｂ）の下／上部、側面および横断面図を例示する。懸濁液が均一にコンパウンダーからジグへ移される時、この後者のジグの６面から水分がコンパウンドを離れることができる。ポリエステル剥離プライなどの剥離多孔性布は、ジグからのプレフォームの取り出しを促進するために主にジグおよびセルロースフィラメントベースの水性コンパウンドの間の界面に配置することができる。予備成形ジグの形状および寸法は、最終製品のデザインと関連する。
【００７９】
本明細書に記載された実施形態に従って、予備成形は、室温または１００℃より低い温度において実行され得る。適用される圧力は、２５０ｐｓｉに設定された。
【００８０】
図３に例示されるように、予備成形ステップ後、それが自己支持形である場合、プレフォームを離型することができ、そして次に最終圧縮および乾燥のためにホットプレス型に移すことができる。いくつかの実施形態において、プレフォームは、その予備成形ジグ内で、最終圧縮および乾燥のためにホットプレス型に移されることができる。いくつかの実施形態においてプレフォームは、乾燥プロセスによって残りの脱水を達成するために、そのジグ内で支持されることができる。
【００８１】
ホットプレス成形プロセスにおいて、プレフォーム上で受けるプレスプラテン温度および圧力は、乾燥時間を最適化し、そして通常、成形品特性を最大化するために制御され、かつサイクルされる。表１は、種々の圧縮成形および乾燥サイクルを示す。例えば、サイクル３において、温度は、最初の１０分間、１１０℃で一定に保持され、次いで増加されて、そして１５分間、最大１５０℃で維持される。維持期間の後、温度を１１０℃の初期開始温度まで徐々に減少させる。同時に、圧力は三段階で増加し、１０分後には２５０ｐｓｉ、１５分後には５００ｐｓｉ、そして１７分後には最大の１０００ｐｓｉに達する。次いで、圧力を２３分間、一定に保持し、その後、４５分の完全サイクル時間で大気圧に放出される。
【表１】
2019529178.tif 000003
【００８２】
乾燥および成形サイクルは、水素結合密度、ならびに全固結品質、したがって、機械的特性に影響を与えるであろう。これは図８に例示されており、サイクル３が他のサイクル（１、２および４）より有意に優れている。サイクル３がなぜ他のサイクルより優れているかという機構は、温度のより緩やかな増加などのいくつかの要因に関連していると考えられ、そして圧力および最終のより高い圧力は、それが引張強度を１５ＭＰａより高く改善するため、重要であり得る。他の成形サイクル、例えば、より高い圧力におけるものは、セルロースフィラメント製品の性能を改善し得る。
【００８３】
全て減圧システムによって補助可能である、オーブン乾燥、マイクロ波、高周波などの乾燥の他の手段は、最終的に考慮することができた。軽量セルロースフィラメントベースの製品に関して、凍結乾燥することも考慮され得る。
【００８４】
図９は、セルロースフィラメントベースの懸濁液からの異なる形状のホットプレス圧縮成形製品のいくつかの実施形態の写真を示す。ここでは、図７の予備成形フラットジグがプレフォームを作成するために使用されたことが強調されるべきである。次いで、これらのプレフォームは、適用された圧力を受ける時に、最終ホットプレス型で形成された。
【００８５】
使用された型、型に包埋された挿入物、またはセルロースフィラメント成形製品の機械的作用もしくは切断のいずれかから、様々な種類の表面仕上げを製造することができる。図１０ａ〜ｄは、セルロースベースの製品の仕上げの４つの例を示す。ａ）図７の型で記載されるように乾燥、ｂ）エンボス加工、およびｃ）圧縮成形によって製造されたセルロースベースのパネルに対するワイヤーメッシュによるインプリント、ならびにｄ）空気乾燥製品におけるミリング機の機械的作用によって得られる。
【００８６】
配向繊維を有する木材、または配向粒子を有するエンジニアリングウッド製品とは対照的に、セルロースフィラメントは、圧縮成形製品中でランダムに配向される。図１１は、充てん剤を用いた場合および用いない場合の両方の純粋なセルロースフィラメント圧縮成形製品の１つの機械的特性である引張強度の面内等方性特性を示す。水平方向（ｘ軸）または垂直方向（ｙ軸）で切断された両試料は、ほぼ同じ引張強度を示す。
【００８７】
本開示によると、表２は、市販の木材繊維ベースのパネルに対するＣＦベースのパネル特性の包括的な比較を示す。両方とも、バインダレスであり、かつホットプレス成形されている。明らかに示されるように、ＣＦベースの成形製品は、実際の持続可能な市販のバインダレス製品が対処不可能である、より高い全体性能が必要とされる種々の需要に対処可能である。
【表２】
2019529178.tif 000004
【００８８】
本明細書に記載の方法は、ホットプレス圧縮成形を形成することによって、より迅速に、そして工業的に実行可能な様式で、水性懸濁液からのセルロースフィラメント組成物からバインダレス製品を製造する。
【００８９】
ホットプレス圧縮成形プロセスの間の乾燥速度を制御するためのセルロースフィラメントコンパウンド中のより小さい平均粒径の炭酸カルシウムなどの無機充てん剤の添加が、成形製品の寸法安定性および強度特性を劇的に改善した。無機充てん剤または有機添加剤の有無にかかわらず、次のホットプレス圧縮成形または周囲空気乾燥プロセスのためのセルロースフィラメントプレフォームも開示される。
【００９０】
ホットプレス圧縮成形が、主に無機充てん剤の添加によって、工業的に実行可能なプロセスのように思われるが、周囲空気乾燥製品は、それらのより長い製造時間を正当化し得る優れた特性を有する。それらのユニークな水分および耐火性、ならびに大理石様の特徴によって、セルロースフィラメントからのこれらの空気乾燥製品は、異なる市場で使用可能であった。さらに、圧縮成形と最終空気乾燥ステップとの組合せによって、空気乾燥製品に近い特徴が提供され得る。
参考文献リスト
（１）Ｈｕａ  Ｘ，Ｌａｌｅｇ  Ｍ，Ｏｗｓｔｏｎ  Ｔ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ，ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｎａｎｏｆｉｌａｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｔｏ  ｐｒｏｄｕｃｅ  ｓａｍｅ．Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ２０１１０２７７９４７Ａ１．２０１１  Ｎｏｖ．２０１１．
（２）Ｈｕａ  Ｘ，Ｌａｌｅｇ  Ｍ，Ｍｉｌｅｓ  Ｋ，Ａｍｉｒｉ  Ｒ，Ｅｔｔａｌｅｂ  Ｌ，Ｄｏｒｒｉｓ  Ｇ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｈｉｇｈ  ａｓｐｅｃｔ  ｒａｔｉｏ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ｎａｎｏｆｉｌａｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅｉｒ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ２０１３００１７３９４Ａ１．２０１３  Ｊａｎ  ２０１３．
（３）ＤｏｅｐｆｎｅｒＨ，Ｅｒｎｅｇｇ  Ｍ，Ｂｒａｍｓｔｅｉｄｌ  Ｒ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．Ｚｅｌｌｆｏｒｍ  Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ，ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ  ａｎｄ  ｍｏｌｄｅｄ  ｐｉｅｃｅｓ  ｏｕｔ  ｏｆ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ａｎｄ／ｏｒ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ．Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ６３７９５９４Ｂ１．２００２  Ａｐｒ  ２００２．
（４）Ｄｅａｎ  Ｔ，Ｈｕｒｄｉｎｇ  Ｒ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．ＰＨＩＬＬＩＰＳ／ＨＵＲＤＩＮＧ  ＧＢＲ，ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＢＶ  ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ｕｔｉｌｉｓｉｎｇ  ｆｉｂｒｅ  ａｎｄ／ｏｒ  ｆｉｂｒｅ  ｐｕｌｐ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｐａｔｅｎｔ  ＷＯ２０１１／１３８６０４  Ａ１．２０１１  Ｎｏｖ．２０１１
（５）ＤｏｅｐｆｎｅｒＨ，Ｅｒｎｅｇｇ  Ｍ，Ｂｒａｍｓｔｅｉｄｌ  Ｒ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．Ｚｅｌｌｆｏｒｍ  Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ，ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓ  ａｎｄ  ｍｏｌｄｅｄ  ｐｉｅｃｅｓ  ｏｕｔ  ｏｆ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ  ａｎｄ／ｏｒ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ  ｍａｔｅｒｉａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ＣＡ２２３７９４２  １９９７  Ｏｃｔ．１９９７  １９９８  Ｍａｒ．１９９８．
（６）Ｄｅａｎ  Ｔ，Ｈｕｒｄｉｎｇ  Ｒ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ｆｉｂｅｒ  ａｎｄ／ｏｒ  ｆｉｂｅｒ  ｐｕｌｐ．Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ２０１３０１０１７６３  Ａ１．２０１３  Ａｐｒ．２０１３
（７）Ｌｅｅ  Ｃ，Ｈｕｎｔ  Ｊ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．Ｂｉｎｄｅｒｌｅｓｓ  ｐａｎｅｌ  ｍａｄｅ  ｆｒｏｍ  ｗｏｏｄ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  ｃｅｌｌｕｌｏｓｉｃ  ｆｉｂｅｒｓ．Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ２０１３０１９９７４３Ａ１．２０１３  Ａｕｇ．２０１３
（８）Ｌａｌｅｇ  Ｍ，Ｈｕａ  Ｘ，ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ．ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄＨｉｇｈ  ｍｉｎｅｒａｌ  ｃｏｎｔｅｎｔ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  ｍａｋｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ．Ｐａｔｅｎｔ  ＷＯ／２０１２／０４０８３０  Ａ１．２０１２  Ａｐｒ  ２０１２．
（９）Ｄｏｒｒｉｓ  Ｇ，Ｂｅｎ  Ｙ，Ａｎ  Ｑ，Ｄｏｒｒｉｓ  Ａ，Ｗａｎｇ  Ｘ  ｉｎｖｅｎｔｏｒｓ，ＦＰＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ，ａｓｓｉｇｎｅｅ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｐａｎｅｌｓ  ａｎｄ  ｓｈｅｅｔｓ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｍｉｎｅｒａｌ  ｆｉｌｌｅｒｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｔｏ  ｐｒｏｄｕｃｅ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ．Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ２０１６０１０２０１８Ａ１．２０１６  Ａｐｒ．２０１６
【図１】
2019529178.tif 000005
【図２】
2019529178.tif 000006
【図３】
2019529178.tif 000007
【図４】
2019529178.tif 000008
【図５】
2019529178.tif 000009
【図６−１】
2019529178.tif 000010
【図６−２】
2019529178.tif 000011
【図７】
2019529178.tif 000012
【図８】
2019529178.tif 000013
【図９】
2019529178.tif 000014
【図１０】
2019529178.tif 000015
【図１１】
2019529178.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月9日(2018.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントを提供することと；
５μｍ以下の平均粒径を含む無機充てん剤を提供することと；
前記セルロース系フィラメントおよび前記充てん剤を混合して、懸濁液を製造することと；
前記懸濁液を予備成形ジグに移して、前記ジグ中でマットを製造することと；
前記マットを圧縮成形して、面内等方性製品を製造することと
を含む、面内等方性製品の製造方法。
【請求項２】
前記マットがさらに押圧されて、プレフォームが製造され、かつ前記プレフォームが圧縮成形されて、前記面内等方性製品が製造される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記懸濁液が５〜１０重量％固形分である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記プレフォームが３０〜５５重量％固形分の濃度である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記無機充てん剤が、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ６Ｚｎ３またはその組合せからなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記充てん剤の平均粒径が３μｍより小さい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記充てん剤の平均粒径が１〜３μｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ジグ中で前記マットを製造するために前記予備成形ジグに前記懸濁液を移すことが、周囲温度および２５０ｐｓｉにおいて実行される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記面内等方性製品が、水の沸点より高く、かつ前記セルロース系フィラメントの熱分解温度より低い温度で成形される、請求項１および２に記載の方法。
【請求項１０】
前記圧縮成形の温度が１５０℃である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記充てん剤が、前記セルロースフィラメントの１０〜３０重量％である、請求項５に記載の方法。
【請求項１２】
前記充てん剤が、前記セルロースフィラメントの２０重量％である、請求項５に記載の方法。
【請求項１３】
実質的に結合剤を含まないセルロース系フィラメントと、
５μｍ以下の平均粒径を含む無機充てん剤と
を含む面内等方性製品。
【請求項１４】
前記無機充てん剤が、例えば、ＣａＣＯ３、Ｍｇ（ＯＨ）２、Ａｌ（ＯＨ）３、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ６Ｚｎ３またはその組合せからなる群から選択される、請求項１３に記載の製品。
【請求項１５】
前記充てん剤の平均粒径が３μｍより小さい、請求項１３に記載の製品。
【請求項１６】
前記充てん剤の平均粒径が１〜３μｍである、請求項１３に記載の製品。
【請求項１７】
２０重量％の充てん剤を含む前記製品が、１．５ｇ／ｃｍ３の範囲の密度を有する、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の製品。
【請求項１８】
２０重量％の充てん剤を含む前記製品が、５０ＭＰａより高い引張強度を有する、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の製品。
【請求項１９】
２０重量％の充てん剤を含んでなる前記製品が、８０ＭＰａより高い曲げ強度を有する、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の製品。 
【請求項２０】
２０重量％の充てん剤を含んでなる前記製品が、８ｋＪ／ｍ２より高い衝撃強度を有する、請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の製品。
【国際調査報告】
2019529178.tif 000017
2019529178.tif 000018